Сверхзвуковые струи, истекающие в вакуум, и сформированные из них молекулярные пучки плодотворно используются в физико-химическом эксперименте для решения широкого круга задач. В этих случаях сверхзвуковая струя рассматривается как среда для приготовления вещества в заданном состоянии. Наиболее часто используются два уникальных свойства струи: охлаждение вещества в струе ниже температуры конденсации, вплоть до нескольких градусов Кельвина, и получение атомов и молекул с гипертермическими кинетическими энергиями до 10 эВ. В лаборатории молекулярных пучков сверхзвуковые струи применяются в следующих экспериментах.

Резонансно-усиленная многофотонная ионизация REMPI- RETOF ( Resonanc-enhanced multiphoton ionization - reflectron time of flight). Интеграция лазерной техники, импульсной сверхзвуковой струи и времяпролетного масс-спектрометра позволила исследовать сложные органические молекулы, гетерокластеры, получать электронные спектры высокого разрешения, благодаря охлаждению струи до 10 К.

Получение пленок органических соединений. Структура пленок (а также оптические и электрические свойства) сильно зависит от кинетической энергии органических молекул, падающих на подложку, причем гипертермические энергии дают беспрецедентный контроль за ростом, морфологией и структурой (от аморфных до поликристаллических) органических пленок. Это достигается использованием сверхзвуковых молекулярных пучков и введением паров сублимированного органического вещества в газ-носитель (водород или инертные газы) с более высокой плотностью. Этот метод позволяет приготовить хорошо коллимированные, направленные пучки органических молекул с хорошо контролируемой кинетической энергией от долей до 10 эВ.

Получение сверхзвуковых струй из сверхкритических флюидов, который в литературе носит название RESS (Rapid Expansion of Supercritical Solutions). В этом методе СКФ используется как хороший растворитель, а струя создает условия для получения многих классов наноматериалов в виде тонких пленок или порошков.

Синтез кластеров различной природы в струях, спектроскопические исследования изомеров гетерокластеров органических соединений с инертными газами, изучение внутрикластерных процессов, взаимодействие кластеров с лазерным излучением.

Разработка метода определения параметров потенциала межмолекулярного взаимодействия при низких температурах с использованием импульсных сверхзвуковых струй. Практически единственный прямой экспериментальный метод, позволяющий непосредственно определить постоянную ветвь притяжения потенциала межмолекулярного взаимодействия.